Cemento Portland1 Cemento Portland El cemento Portland es un conglomerante o cemento hidráulico que cuando se mezcla con áridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es el más usual en la construcción y es utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón (en Hispanoamérica concreto). Como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes. Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin. El nombre se debe a la semejanza en aspecto con las rocas que se encuentran en la isla de Pórtland, en el condado de Dorset. A diferencia de lo que muchos creen, su origen no está relacionado con Portland, Oregón, EE. UU.. Fabricación del cemento Portland La fabricación del cemento Portland se da en tres fases: • preparación de la mezcla de las materias primas, • producción del clinker y • preparación del cemento. Las materias primas para la producción del portland son minerales que contienen: • • • • • óxido de calcio (44 %), óxido de silicio (14,5 %), óxido de aluminio (3,5 %), óxidos de hierro (3 %) óxido de manganeso (1,6 %). La extracción de estos minerales se hace en canteras, que preferiblemente deben estar próximas a la fábrica. Con frecuencia los minerales ya tienen la composición deseada; sin embargo en algunos casos es necesario agregar arcilla, o bien carbonato de calcio, o bien minerales de hierro, bauxita, u otros minerales residuales de fundiciones. La mezcla es calentada en un horno especial, con forma de un gran cilindro (llamado kiln) dispuesto casi horizontalmente, con ligera inclinación, que rota lentamente. La temperatura aumenta a lo largo del cilindro hasta llegar a unos 1400 °C, que hace que los minerales se combinen pero sin que se fundan o vitrifiquen. Esquema de un horno. En la zona de menor temperatura, el carbonato de calcio (calcáreo o caliza) se disocia en óxido de calcio y dióxido de carbono (CO2). En la zona de alta temperatura el óxido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos de calcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma también una pequeña cantidad de aluminato tricálcico (Ca3Al) y ferroaluminato tetracálcico (Ca4AlFe). El material resultante es denominado clínker. El clínker puede ser conservado durante años antes de proceder a la producción del cemento, con la condición de que no entre en contacto con el agua.[1] La energía necesaria para producir el clínker es de unos 1700 julios por gramo, pero a causa de las pérdidas de calor el valor es considerablemente más elevado. Esto comporta una gran demanda de energía para la producción del cemento y, por tanto, la liberación de gran cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, un gas de efecto invernadero. Reacciones de formación del clínker Las reacciones de la formación del clínker. El cemento obtenido tiene una composición del tipo: • • • • • • • 64 % óxido de calcio 21 % óxido de silicio 5. La calidad del cemento Portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150. Con el agregado de materiales particulares al cemento (carbonato de calcio (calcáreo)) o cal) se obtiene el cemento plástico. Este material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios. En ambos casos. que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Holcim en Suiza y Cemex en México.5 % óxido de aluminio 4. 2 Cuando el cemento Portland se mezcla con agua se obtiene un producto de características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su resistencia característica. las estructuras que se forman envuelven y fijan los granos de los materiales presentes en la mezcla. son: de 1000 a 1100 °C 3 CaO + Al2O3 → 3 CaOAl2O3 2 CaO + SiO2 → 2 CaOSiO2 CaO + Fe2O3 → CaOFe2O3 de 1100 a 1200 °C CaOFe2O3 + 3 CaOAl2O3 → 4 CaOAl2O3Fe2O3 de 1250 a 1480 °C 2 CaOSiO2 + CaO → 3 CaOSiO2 La composición final será: • • • • 51 % CaOSiO2 26 % CaOSiO 11 % CaOAl2O3 12 % CaOAl2O3Fe2O3 .5 % óxidos de hierro 2. El sucesivo endurecimiento y el desarrollo de fuerzas internas de tensión derivan de la reacción más lenta del agua con el silicato tricálcico formando una estructura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato.Cemento Portland Para mejorar las características del producto final al clínker se agrega aproximadamente el 2 % de yeso (aljez) y la mezcla es molida finamente. Una última reacción produce el gel de sílice (SiO2). entre los cuales principalmente agua. los principales productores mundiales de cemento de Portland fueron Lafarge en Francia. por fases de temperatura. El polvo obtenido es el cemento preparado para su uso.4 % óxido de magnesio 1. El endurecimiento inicial es producido por la reacción del agua. estringita y monosulfato. formando una estructura cristalina de calcio-aluminio-hidrato. Las tres reacciones generan calor. Algunos productores de cemento fueron multados por comportamiento monopolístico. En el 2004.6 % sulfatos 1 % otros materiales. yeso y aluminato tricálcico. seguida de la de CaOSiO2. El yeso reacciona con el aluminato tricálcico para formar una sal expansiva llamada 'estringita'. 3 CaOAl2O3 + 3 CaSO4·2H2O + 26 H2O → 3CaOAl2O3·3CaSO4·32H2O Módulos Los módulos son valores característicos de cada cemento o cal. que permiten conocer en qué relación se encuentran. Su presencia hace que el fraguado se concluya aproximadamente en 45 minutos. porcentualmente. Función del yeso El yeso. Para el cemento Portland se tiene: Módulo hidráulico 3 Módulo de silicatos Módulo silícico Módulo de alúmina . La más exotérmica es la hidratación de CaOAl2O3.Cemento Portland Reacciones de hidratación Las reacciones de hidratación. o aljez. los diversos componentes en el producto final. que forman el proceso de fraguado son: 6 CaOSiO2 + (x+3) H2O → 3 CaO2SiO2·xH2O + 3 Ca(OH)2 4 CaOSiO2+ (x+1) H2O → 3 CaO2SiO2·xH2O + Ca(OH)2 6 CaOAl2O3+ (x+8) H2O → 4 CaOAl2O3·xH2O + 2 CaOAl2O3·8H2O 3 CaOAl2O3 + 12 H2O + Ca(OH)2 → 4 CaOAl2O3·13H2O 4 CaOAl2O3Fe2O3 + 7 H2O → 3 CaOAl2O3·6H2O + CaOFe2O·3H2O Estas reacciones son todas exotérmicas. y luego CaOAl2O3Fe2O3 y finalmente CaOSiO2. se agrega generalmente al clínker para regular el fraguado. • Cemento Portland de elevada resistencia inicial (CER). Cementos Portland especiales Los cementos Portland especiales son los que se obtienen de la mismo modo que el cemento Portland normal. • Cemento Portland de bajo calor de hidratación (CBC). sin aditivos. Es el más empleado en construcción. • Cemento Portland con aire ocluido. etc. o común. pero tienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los componentes que lo conforman. Tiene un aditivo especial que produce un efecto aireante en el material. terrazos. • Cemento Portland resistente a los sulfatos (CPS). Posee un mayor contenido de silicato tricálcico que le permite un fraguado más rápido y mayor resistencia. Tipos de cementos Portland • Cemento Portland normal (CPN). Se emplea para estucos. que le permite una mayor resistencia a la acción de sulfatos contenidos en el agua o en el terreno. compuesto por materias primas pobres en hierro que le dan ese color blanquecino grisáceo. . • Cemento Portland blanco (PB). Produce durante el fraguado una baja temperatura de hidratación. Se emplea en muros de contención y obras hidráulicas. Se obtiene mediante la alteración de los componentes químicos del cemento Portland común.Cemento Portland El proceso explicado gráficamente 4 Proceso de fabricación del cemento Portland. Tiene bajo contenido en aluminato tricálcico. • El cemento es un adhesivo tan efectivo que una vez que fragua. que ya han sido trituradas. Se lleva a cabo por medio de bandas transportadoras o molinos. • Cementos artificiales Portland: son todos aquellos cementos que su fabricación parten de mezclas de caliza más arcilla. se prosigue a obtener la finura del cemento. seguida de una fina molturación. A pesar de las condiciones climáticas. Después se le adiciona yeso con el fin de retardar el tiempo de fraguado. • Enfriamiento: después que ocurre el proceso de clinkerización a altas temperaturas. . en la fábrica se reduce el tamaño de la caliza siguiendo ciertas especificaciones dada para la fabricación. como la arena y la grava. Está contraindicado para hormigones resistentes y hormigón armado. • El cemento es notablemente moldeable: al entrar en contacto con el agua y los agregados. Su tamaño se reduce con la trituración hasta que su tamaño oscile entre 5 y 10 mm. por lo tanto podemos decir que son cales hidráulicas. y su durabilidad se incrementa con el paso del tiempo. Cualidades del cemento • Resistencia: la resistencia a la compresión es afectada fuertemente por la relación agua/cemento y la edad o la magnitud de la hidratación. teniendo mucho cuidado con diversos factores que puedan afectar la calidad del cemento. el cemento es capaz de asumir cualquier forma tridimensional. • Empaque y distribución: esta última etapa consiste en empacar el cemento fabricado en sacos de 50 kilogramos. viene el proceso de enfriamiento que consiste en una disminución de la temperatura para poder trabajar con el material. • Durabilidad y flexibilidad: ya que es un material que no sufre deformación alguna. En esta etapa se establece la primera gran diferencia de los sistemas de producción del cemento. conocidos con el nombre de clínker. En la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes y se forman gránulos de 1 a 3 cm de diámetro. que consiste en moler el clínker. hay una constancia de composición que no se da en las margas naturales. • El cemento (y el hormigón o concreto hecho con él) es tan durable como la piedra. con el objetivo de reducir su tamaño hasta el orden de diámetro de medio milímetro. • Clinkerización: consiste en llevar la mezcla homogeneizada a hornos rotatorios a grandes temperaturas. luego el material se transporta a la fábrica. El cemento es capaz de endurecer en condiciones secas y húmedas e incluso.Cemento Portland 5 Etapas de la fabricación del cemento • Explotación de materias primas: consiste en la extracción de las piedras calizas y las arcillas de los depósitos o canteras. aproximadamente a 1450°C. • Homogeneización: consiste en mezclar las arcillas y calizas. • Adiciones finales y molienda: una vez que el clínker se ha enfriado. el acero. Luego se transporta y se distribuye con cuidados especiales. es casi imposible romper su enlace con los materiales tales como el ladrillo. Este enfriamiento se acelera con equipos especializados. bajo el agua. la grava y la roca. las cuales dependiendo de sus condiciones físicas se hacen con los diferentes sistemas de explotación. Clasificación de los cementos • Cementos naturales: conglomerantes hidráulicos que resultan de la calcinación de mezclas naturales de caliza y arcilla. • El cemento es hidráulico porque al mezclarse con agua. el cemento conserva la forma y el volumen. reacciona químicamente hasta endurecer. (procesos húmedos y procesos secos). • Preparación y clasificación de las materias primas: una vez extraídos los materiales. (http:/ /sites. 6 Referencias [1] Antecedentes Técnicos (http:/ / web. org. Fernando (1979). Barcelona: Técnicos Asociados. paredes y techos de concreto. Asociación de Fabricantes de Cemento Portland. ar/ index3. • El cemento ofrece un excelente aislante contra los ruidos cuando se calculan correctamente los espesores de pisos. Enlaces externos Investigación y publicaciones del Dr Ferran Goma sobre Química del cemento Pórtland y otros aglomerantes. Argentina Bibliografía Gomà. afcp. Cemento portland y otros aglomerantes. / ISBN 84-7146-192-7.Cemento Portland • Los edificios hechos con productos de cemento son más impermeables cuando la proporción de cemento es mayor a la de los materiales agregados. archive.com/site/drferrangomaesp/investigacion-y-aportaciones) . El.A. org/ web/ http:/ / www. php?IDM=15& IDSM=13). S.google. org/licenses/by-sa/3.png Licencia: GNU Free Documentation License Contribuyentes: User:Cdang Archivo:Cemento.png Fuente: http://es.jpg Licencia: Public Domain Contribuyentes: David Gabriel García Andrade. Ramon00. Julio Miró.org/w/index.0/ . Julio Miro.org/w/index. Licencias y contribuyentes Archivo:Kiln ciment.wikipedia. JMCC1. Ivansanchez. Kragen. EduLeo. Estudiante Ingenieria Industrial.php?title=Archivo:Kiln_ciment. Jkbw.org/w/index.wikipedia. UAM. SuperBraulio13.wikipedia.php?oldid=69139422 Contribuyentes: Ampersand &. Licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 3.jpg Fuente: http://es. 21 ediciones anónimas Fuentes de imagen. 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